JP2010207895A - 噴流式はんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温環境下で潤滑油を必要としない耐久性のある軸受構造とした小型で安価な溶融はんだの圧送ポンプを有する噴流式はんだ付け装置を提供する。
【解決手段】はんだ槽１外のモータ構造体Ａとの磁気結合で動力を伝達して該槽内のポンプ構造体Ｂを作動する噴流式はんだ付け装置であって、ポンプ構造体Ｂが、従動回転体２１とスクリュー２２等よりなる回転部分２０と、該回転部分を収容するケーシング３１と支柱部３２ａを有する底面閉鎖体３２等による固定部分３０とより構成されており、該回転部分の受け入れ穴２１ｃ内に固定された上摺動部品２４と、受け入れ穴内に緩挿される固定部分側の支柱部上に固定された下摺動部品３３とが接触することで軸受構造を形成している。該摺動部品の材質が窒化珪素である。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばプリント基板に抵抗、コンデンサなどの電子部品をはんだ付けする際に使用される噴流式はんだ付け装置に関し、特に、はんだ槽内の溶融はんだをプリント基板に向けて噴出させるノズルにポンプ送りする電磁ポンプに関する。

従来技術として、特許文献１及び特許文献２で示されるような噴流はんだ槽が知られている。これは一般的なはんだ槽の構造であり、電熱ヒーターではんだを溶融させ、溶融したはんだをポンプでダクトに送り、ダクトに接続された噴流ノズルから溶融はんだを噴流させてプリント基板に接触させてはんだ付けを行うものである。この場合、ポンプの羽根を回転させる軸を溶融はんだ槽の外部に出して、一般的な軸受を用いて軸受を構成している。しかしながら、これでは噴流ノズル部とポンプ羽根回転軸とが水平配置（横配置）となり、小型のはんだ槽を実現することができないという問題が生じている。

また、特許文献３のように軸受を必要としない電磁ポンプを用いたはんだ付け装置も知られているが、この電磁ポンプ方式ではコイル部分の小型化が難しいため、ある程度大きいはんだ槽となってしまう。更にコイル部分は、はんだ槽から熱せられると共にコイル部分自体も発熱してしまうため、耐熱対策を施す為にコストの高い装置となってしまう。

更に、特許文献４で示された噴流式はんだ装置では、小型・安価な噴流はんだ槽を実現するために、溶融はんだ内に軸受があるはんだ槽となっているが、実施形態に示された構造では、インペラが結合した回転体と、はんだ槽内の底面との間にベアリング体を設けているが、この構造では、軸受部分が数日のうちに摩耗してしまうという問題が生じる。

特開２００４−９１２７号公報 国際公開ＷＯ２００６／１００８９９号 特開２００８−２３８１９２号公報 特開２００８−８７０６８号公報

本発明者は、上記問題は、溶融はんだ槽内で軸受を構成するので潤滑油がないこと及び、溶融はんだから潤滑油に相当する機能を得ることができないことを主要因と考え、本発明をなしたものである。したがって、本発明の目的は、高温環境下で潤滑油を必要としない耐久性のある回転軸受を構成することで、小型で安価な溶融はんだを圧送するポンプを有する噴流式はんだ付け装置を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の噴流式はんだ付け装置を提供する。

請求項１に記載の噴流式はんだ付け装置は、はんだ槽１内のポンプ構造体Ｂとはんだ槽外のモータ構造体Ａとが上下方向に整列配置されていて、モータ構造体Ａが、モータ１１と、回転軸１２先端に固定された、永久磁石１４を有する主動回転体１３とより構成される一方、ポンプ構造体Ｂは、永久磁石２５を有する従動回転体２１に固定されたスクリュー２２からなる回転部分２０と、該回転部分を収容するケーシング３１と該回転部分を回転中心で支持する支柱部３２ａを有するケーシング底面閉鎖体３２とよりなる固定部分３０とより構成されており、該回転部分と該固定部分との軸受構造が、該回転部分側に取り付けられた耐摩耗性の上摺動部品２４と、該固定部分側に取り付けられた耐摩耗性の下摺動部品３３とよりなるスラスト軸受となっていることにあります。これにより、小型で安価な噴流式はんだ付け装置を得られると共に、高温環境下で潤滑油を必要としない耐久性のある軸受構造が得られる。

請求項２の噴流式はんだ付け装置は、上摺動部品２４と下摺動部品３３の材質が窒化珪素であることを特定したものであり、大きな荷重が掛かる部品の材質として好適である。
請求項３の噴流式はんだ付け装置は、ポンプ構造体の回転部分における従動回転体２１の回転中心には、固定部分の支柱部３２ａが緩く挿入される受け入れ穴２１ｅが形成されていて、この受け入れ穴の内周面と支柱部の段付部３２ｂの外周面との間のクリアランスｄを０．０１mm以下としたものであり、これにより、回転中心の振れを抑制することができ、ポンプの回転がスムーズに行える。

請求項４の噴流式はんだ付け装置は、従動回転体２１と支柱部３２ａの材質をＳＵＳ３１６の窒化処理品としたものであり、これにより、従動回転体の内周面と支柱部の段付部の外周面との接触による損傷を抑制することができる。
請求項５の噴流式はんだ付け装置は、スクリュー２２の上方に固定された多数の傾斜した翼を有する羽根板８を設けたものであり、これにより、スクリューによる溶融はんだの渦流の回転方向の力を上向きの力に変えることができ、上昇流となって噴流されるようになる。

請求項６の噴流式はんだ付け装置は、羽根板８の上方に更に整流板９を設けたものであり、これにより、乱流の溶融はんだの流れが直されて整流となり、ノズルから均一高さで溶融はんだが噴流されるようになる。

本発明に係る噴流式はんだ付け装置の概略の全体構成を示した縦断面図である。 本発明に係る噴流式はんだ付け装置に適用される実施の形態のポンプ構造体の縦断面図である。 （ａ）は、実施の形態のポンプ構造体の部分拡大断面図であり、（ｂ）は、摺動部品の嵌め合い構造を説明する平面図と側面図である。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の噴流式はんだ付け装置について説明する。図１は、本発明に係る噴流式はんだ付け装置１００の概略の全体構成を示す縦断面図である。図２は、はんだ槽内に設置されるポンプ構造体の縦断面図である。

噴流式はんだ付け装置１００は、基本的に溶融はんだを収容するはんだ槽１と、このはんだ槽１内に配置されるポンプ構造体Ｂと、はんだ槽１外に配置されるモータ構造体Ａとより構成されており、はんだ槽１及びモータ構造体Ａとが架設部材２に取り付けられている。図１に示されるように、ポンプ構造体Ｂとモータ構造体Ａとは、はんだ槽１の底部をその間に介在させるようにして、上下方向（重力が掛かる方向）に整列配置されている。これにより、噴流式はんだ付け装置１００は、上下方向に細長い形態となり、設置面積（投影断面積）を小さくすることができる。これによって、はんだ付け装置を含む設備全体を小型化することが可能となり、はんだ付けに関する製造コストが大巾に低減できる。

はんだ槽１は、チタン、ステンレス鋼などの耐腐蝕性かつ非磁性の金属板により形成され、この内部には、錫、インジウム、共晶はんだ、鉛フリーはんだ等の導電性かつ非磁性の溶融はんだＳを収容している。また、はんだ槽１の内部には、はんだを溶融するためのヒータ（図示せず）が設置されていると共に、はんだ槽１の外周は、溶融はんだＳが冷えて固化するのを防止するため、断熱材３によって囲繞されている。なお、ヒータは、溶融はんだＳが約３００℃の高温を保つように制御されている。

はんだ槽１外の直下に設置されているモータ構造体Ａは、モータ１１と、このモータ１１の回転軸１２の先端に取り付けられた主動回転体１３とより構成されている。主動回転体１３は、全体として円柱形状であり、その上面である吸引面１３ａには、吸引面１３ａ側をＳ極側に配置された永久磁石１４及び吸引面１３ａ側をＮ極側に配置された永久磁石１４とが、円周方向に交互に埋設等により配設されている。

はんだ槽１内には、回転部分２０と固定部分３０とから構成されるポンプ構造体Ｂが配設されている。このポンプ構造体Ｂは、本発明の主要な特徴となる構成であり、図２，３に基づいて、後に詳述する。

ポンプ構造体Ｂに接続してガイド管４が垂直方向に配設され、更にこのガイド管４に接続してノズル５が垂直方向に配設されている。これにより、ポンプ構造体Ｂから圧送された溶融はんだＳが、ノズル５から噴流される。ノズル５を囲んでノズル５と同心状に環流管６が配設されていて、ノズル５から噴流した溶融はんだＳをはんだ槽１に戻すようにしている。環流管６は、その外周が、はんだ槽１の蓋板７に固定されている。

また、ポンプ構造体Ｂの回転部分２０の上方には、傾斜した多数の翼を有する羽根板８が固定して設けられている。これにより、ポンプ構造体Ｂにより渦流となって吐出される溶融はんだＳの回転方向の力を上向きの力に変えることができ、溶融はんだＳの上昇流が得られる。更に、羽根板８の上方には、整流板９が固定して設けられており、乱流の溶融はんだＳの流れが整流板９の溝９ａを通ることで直されて整流となることから、溶融はんだＳは、ノズル５から均一高さで噴流される。

図２に示すように、ポンプ構造体Ｂは、回転部分２０と固定部分３０とより構成されている。ポンプ構造体Ｂの回転部分２０は、従動回転体２１と、この従動回転体２１に一体化されたスクリュー２２と、従動回転体２１にピン止めされた回転止め２３と、この回転止め２３に嵌合された上摺動部品２４等を含んでおり、これらは一体物となっている。

従動回転体２１は、永久磁石２５が配設される、大径の円筒部分２１ａと、回転中心軸Ｒに沿って延在し、スクリュー２２に連結する、中径の筒形状の連結部分２１ｂよりなる。円筒部分２１ａと連結部分２１ｂとは、一体化されており、両者には、後述する支柱部が緩挿される、同じ内径の連続した受け入れ穴２１ｃが、回転中心軸Ｒに沿って形成されている。従動回転体２１の円筒部分２１ａの下面である吸引面２１ｄには、主動回転体１３と同様に、吸引面２１ｄ側をＳ極側に配置された永久磁石２５及び吸引面２１ｄ側をＮ極側に配置された永久磁石２５とが、円周方向に交互に配設されている。

従動回転体２１の連結部分２１ｂは、図３（ａ）に示すように、上方部分が更に狭められて、小径の筒形状をしており、その外周面にねじ山が刻設された螺子部分２１ｅを含んでいる。スクリュー２２の中心軸部には、連結部分２１ｂの外形形状に合わせた貫通穴２２ａが形成されていて、この貫通穴２２ａの上記螺子部分２１ｅに対応する部位の内周面には、ねじ溝が刻設されている。したがって、スクリュー２２の貫通穴２２ａに従動回転体２１の連結部分２１ｂを挿入して、嵌合かつ螺合すると共に、スクリュー２２から部分的に突出する螺子部分２１ｅをナット２６によって締結することにより、スクリュー２２と従動回転体２１の連結部分２１ｂとは、しっかりと結合され、一体化される。

更に、従動回転体２１の連結部分２１ｂの内部には、螺子部分２１ｅに移行する移行部２１ｆの内面に接触して回転止め２３が取り付けられている。回転止め２３は、中実の円柱体であり、図面において下面には、下方向に突出する横断面十字形状の突出部２３ａが設けられていると共に、側面には、ピン２７が挿通する、横方向に貫通するピン穴２３ｂが穿設されている。回転止め２３のピン穴２３ｂに対応する連結部分２１ｂの両側の部位にも同様のピン穴２１ｇが設けられていて、ピン２７をピン穴２３ｂ，２１ｇに挿通することで、回転止め２３が連結部分２１ｂに固定される。

回転止め２３と同様の円柱体形状の上摺動部品２４が、回転止め２３の下面に固定されている。即ち、図３（ｂ）に示すように、上摺動部品２４の上面には、十字形状の溝２４ａが形成されていて、回転止め２３の横断面十字状の突出部２３ａを、上摺動部品２４の十字形状の溝２４ａに嵌め込むことにより、回転止め２３と上摺動部品２４とは固着されている。

ポンプ構造体Ｂの固定部分３０は、図２に示されるように、ポンプ構造体Ｂの回転部分２０を収容し、上面が完全に開放された円筒状のケーシング３１と、このケーシング３１に結合され、ケーシング３１の下面を閉鎖するケーシング底面閉鎖体３２等よりなる。

ケーシング３１の下方の周面には、周方向に複数の流入口３１ａが形成されている。ケーシング３１は、はんだ槽１の内面との間に所定の間隙が形成され、溶融はんだＳがはんだ槽１内を還流するようにはんだ槽１内に配設される。また、前述した羽根板８及び整流板９は、ケーシング３１内に固定されてもよいし、又はガイド管４に固定されてもよい。

ケーシング底面閉鎖体３２は、はんだ槽１の底部に固定して設置されており、ケーシング底面閉鎖体３２の中心部には、回転中心軸Ｒに沿って立設された円柱状の支柱部３２ａが設けられている。支柱部３２ａの上端及び下端には、中間部よりやや径が大きくされた２つの段付部３２ｂが形成されている。

支柱部３２ａの上端の段付部３２ｂの上面には、前記した回転止め２３と同様に、上方に突出した断面十字形状の凸部３２ｃが形成されている。支柱部３２ａ上端の段付部３２ｂ上には、下摺動部品３３が載置される。そのため、下摺動部品３３の下面にも、前記した上摺動部品２４と同様に、十字状の凹部３３ａが形成されていて、上端の段付部３２ｂの凸部３２ｃと下摺動部品３３の凹部３３ａとが嵌合することにより、支柱部３２ａと下摺動部品３３とは固定されるようになっている。

２つの段付部３２ｂを含む支柱部３２ａは、その略全体が、前記した従動回転体２１の受け入れ穴２１ｃ内に緩挿される。そのため、受け入れ穴２１ｃの内周面と段付部３２ｂの外周面とのクリアランスｄが、０．０１mm以下とされている。

こうして、ポンプ構造体Ｂの固定部分３０側の下摺動部品３３と回転部分２０側の上摺動部品２４とが接触することによって、ポンプ構造体Ｂの軸受構造を形成しており、スラスト軸受となっている。したがって、固定部分３０の支柱部３２ａ及び下摺動部品３３とが、回転部分２０の全荷重を支持するようになっている。

溶融はんだＳの粘度は小さく十分な膜厚を確保できないため、ポンプ構造体Ｂの回転部分２０側と固定部分３０側との間で摩耗が生じる。即ち、スラスト方向では、回転部分２０側の上摺動部品２４と固定部分３０側の下摺動部品３３とが接触し、荷重も大きいため、両者は、耐摩耗性材、好ましくは窒化珪素、によって形成されている。また、ラジアル方向では、回転部分２０側である、円筒部分２１ａと連結部分２１ｂとを含む従動回転体２１の受け入れ穴２１ｃの内周面と、固定部分３０側である支柱部３２ａの段付部３２ｂの外周面とが接触する。そのため、従動回転体２１と支柱部３２ａの材質としては、ＳＵＳ３１６の窒化処理品を用いることが好ましい。

次に、上記した構成による本発明に係る噴流式はんだ付け装置１００の作動について説明する。モータ構造体Ａのモータ１１が回転すると回転軸１２を介して主動回転体１３が回転する。この回転により、主動回転体１３に配設された永久磁石１４のＳ極及びＮ極が円周方向に変位する。すると、はんだ槽１内に設置されたポンプ構造体Ｂの従動回転体２１に配設された永久磁石２５のＳ極が、主動回転体１３の永久磁石１４のＮ極に吸引されて、円周方向に変位しようとする磁気吸引力が発生する。従動回転体２１に配設された永久磁石２５のＮ極も同様に、主動回転体１３の永久磁石１４のＳ極に吸引されて、円周方向に変位しようと磁気吸引力が発生する。

これらの磁気吸引力が回転トルクを発生させることで、従動回転体２１が主動回転体１３の回転に同期して連れ回りをする。こうして、従動回転体２１が主動回転体１３の回転速度とほぼ同じ回転速度で回転することになる。このように、はんだ槽１外の主動回転体１３を回転させて、これを磁気結合ではんだ槽１内の従動回転体２１に伝達して、ポンプ構造体Ｂを作動する。

従動回転体２１の回転は、これと一体化されているスクリュー２２を同時に回転させる。はんだ槽１内のヒータにより溶融したはんだＳは、スクリュー２２の回転により、ケーシング３１の流入口３１ａから吸い込まれ、スクリュー２２により旋回流（渦流）とされて上方に圧送される。この溶融はんだＳの旋回流は、羽根板８を通過することで旋回流の回転方向の力を上向きの力に変えられて、上昇流となり、次いで整流板９を通過することで溶融はんだＳの流れは乱流から整流となって上昇し、ノズル５の開口部５ａからほぼ均一な高さで噴流する。この溶融はんだＳの噴流に、ワークである電子部品を実装したプリント基板を浸漬して電子部品をプリント基板にはんだ付けを行う。

その後、残りの大部分の溶融はんだＳは、ノズル５と環流管６との間を通ってはんだ槽１内に戻る。図１中の矢印は、溶融はんだＳの流れを表わしている。このはんだの流れが繰り返されることにより、溶融はんだＳがはんだ槽１内を循環する。

なお、図１に示していないが、はんだ槽１に隣接して窒素ガスヒータを設置しても良い。外部より窒素ガスを窒素ガスヒータに供給し、この窒素ガスを約３５０℃の一定値に保つように加熱する。この加熱された窒素ガスをはんだ槽１に導き、溶融はんだＳの表面に吹き付けるようにする。この高温の窒素ガスの吹き付けにより、小容量の溶融はんだＳの温度低下を防止できると共に、溶融はんだ表面・はんだ付部の酸化を防止することができる。

また、主動回転体１３及び従動回転体２１に配設される永久磁石１４，２５として、高温下でも劣化しない特性を有する高温非劣化形の磁石が選択される。例えば、この高温非劣化性を有する高温非劣化形永久磁石として、希土類磁石の一種であるサマリウム・コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）磁石が用いられる。他の希土類磁石としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石、Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石などがあり、高温非劣化性を有する磁石として適している。

上記した本発明の実施形態では、ポンプ構造体として、スクリューを用いたもので説明しているが、スクリューに代えて軸流式インペラを採用してもよいし、或いは、ポンプ作用を有する他の形状の翼車を採用することも可能である。

以上説明したように、本発明においては、モータ構造体とポンプ構造体とが機械的に結合していない分離した構成を採用している。これは、従来のモータ構造体とポンプ構造体とを直接的に回転軸を介して連結する構成では、高温に不適なモータ構造体をはんだ槽外に配置せざるを得ず、両者を連結する回転軸のはんだに対するシール方法が問題となり、この問題を解決するために上記構成を採用したものである。この場合、はんだ槽内に配置される軸受構造を高温状態において耐久性のあるものにする必要がある。

本発明では、はんだ槽内のポンプ構造体の回転部分と固定部分との軸受構造を、耐摩耗性の上摺動部品と下摺動部品とで構成することで、溶融はんだの高温環境下で潤滑油を必要としない耐久性のある軸受としたものである。

また、ポンプ構造体とモータ構造体とを上下方向に配置することで、上下方向に細長い形態となり、設置面積を小さくすることができる。これにより、設備全体を小型化でき、はんだ付けの製造コストが低減できる。

１００ 噴流式はんだ付け装置
１ はんだ槽
５ ノズル
Ａ モータ構造体
１１ モータ
１３ 主動回転体
Ｂ ポンプ構造体
２０ 回転部分
２１ 従動回転体
２１ｃ 受け入れ穴
２２ スクリュー
２３ 回転止め
２４ 上摺動部品
３０ 固定部分
３１ ケーシング
３２ ケーシング底面閉鎖体
３２ａ 支柱部
３３ 下摺動部品

Claims (6)

1. 溶融はんだ（Ｓ）を収容するはんだ槽（１）と、
   前記はんだ槽内に設けられ、溶融はんだを前記はんだ槽内で循環させるポンプ構造体（Ｂ）と、
   前記ポンプ構造体から圧送された溶融はんだをワークに対し噴流するノズル（５）と、
   前記はんだ槽の外部に設けられ、磁気結合で動力を伝達して前記ポンプ構造体を駆動するモータ構造体（Ａ）と、
   を具備していて、前記ポンプ構造体と前記モータ構造体とが上下方向に整列配置されている噴流式はんだ付け装置（１００）において、
   前記モータ構造体が、モータ（１１）と、前記モータの回転軸（１２）の先端に固定された、永久磁石を有する主動回転体（１３）とより構成され、かつ
   前記ポンプ構造体が、永久磁石（２５）を有する従動回転体（２１）と、前記従動回転体に固定されたスクリュー（２２）とよりなる回転部分（２０）と、前記回転部分を収容し、上面が完全に開放され、下方側面に周方向に複数の流入口（３１ａ）が形成されている円筒状のケーシング（３１）と、前記ケーシングに固定され、前記ケーシングの下面を閉鎖すると共に、前記回転部分を回転中心で支持する支柱部（３２ａ）が設けられているケーシング底面閉鎖体（３２）とよりなる固定部分（３０）とより構成されていて、前記固定部分が前記はんだ槽に固定されており、
   前記ポンプ構造体の前記回転部分と前記固定部分との軸受構造が、前記回転部分に取り付けられた耐摩耗性の上摺動部品（２４）と、前記固定部分の前記支柱部上に取り付けられた耐摩耗性の下摺動部品（３３）とよりなるスラスト軸受となっていることを特徴とする噴流式はんだ付け装置。
2. 前記上摺動部品（２４）と前記下摺動部品（３３）の材質が、窒化珪素であることを特徴とする請求項１に記載の噴流式はんだ付け装置。
3. 前記ポンプ構造体の前記回転部分である従動回転体の回転中心には、前記固定部分の前記支柱部が緩挿される受け入れ穴（２１ｅ）が設けられていて、前記受け入れ穴の内周面と前記支柱部（３２ａ）の段付部（３２ｂ）の外周面との間のクリアランス（ｄ）が、０．０１mm以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の噴流式はんだ付け装置。
4. 前記従動回転体（２１）と前記支柱部（３２ａ）の材質が、ＳＵＳ３１６の窒化処理品であることを特徴とする請求項３に記載の噴流式はんだ付け装置。
5. 前記スクリュー（２２）の上方に、固定された多数の傾斜した翼を有する羽根板（８）が設けられ、前記スクリューによって形成される溶融はんだの渦流の回転方向の力を上向きの力に変えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の噴流式はんだ付け装置。
6. 前記羽根板（８）の上方に、更に整流板（９）が固定して設けられていることを特徴とする請求項５に記載の噴流式はんだ付け装置。

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